DE60029298T2 - Brake disc for a disc brake - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Scheibenbremsenscheibe.The The present invention relates generally to a disc brake disc.
US-A-5 230 946 offenbart ein beschichtetes Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterial, das einen Kern aus Fasern in einer Kohlenstoffgrundmasse und eine Antioxidations-Mantelschicht aus Siliciumcarbid umfasst.US-A-5 230 946 discloses a coated carbon-carbon composite material, a core of fibers in a carbon matrix and a Antioxidant cladding layer of silicon carbide comprises.
Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Scheibenbremsenscheibe, die ein Bremsband für die Kooperation mit Bremszangen umfasst, um eine Bremswirkung auf ein Fahrzeug auszuüben. Das Bremsband umfasst einen Körper, der sich um eine Symmetrieachse erstreckt und seitlich durch Bremsflächen definiert ist. Der Körper kann hergestellt werden, indem ein Gemisch, das Bündeln von im Wesentlichen aus Kohlenstoff gebildeten Fasern enthält, veranlasst wird, mit Silicium bei einer Temperatur zu wechselwirken, die hoch genug ist, um ein Schmelzen des Siliciums herbeizuführen.More accurate The present invention relates to a disc brake disc, the one brake band for The cooperation with brake calipers includes to provide a braking effect to exercise a vehicle. The brake band comprises a body that extends around an axis of symmetry and laterally defined by braking surfaces is. The body can be prepared by mixing a mixture, bundling essentially carbon-containing fibers is going to interact with silicon at a temperature that is high is enough to cause a melting of the silicon.
Der Ausdruck "Fasern, die im Wesentlichen aus Kohlenstoff gebildet sind" soll fasrige Materialien umfassen, die mittels Pyrolyse verschiedener Produkte synthetischen Ursprungs, wie z. B. Polyacrylnitril (PAN) oder Polysilazan, oder natürlichen Ursprungs, wie z. B. Peche oder Zellulose-basierte natürliche Quellen, wie z. B. Pflanzenfasern und Holz, einschließen.Of the Expression "fibers, which are essentially made of carbon "should comprise fibrous materials, the pyrolysis of various products of synthetic origin, such as As polyacrylonitrile (PAN) or polysilazane, or natural Origin, such. As pitch or cellulose based natural sources, such as Vegetable fibers and wood.
Der Ausdruck "Bündel von Fasern" soll Gruppen von Fasern variabel von 3.000 bis 50.000 Einheiten und mit Durchmessern zwischen 2 und 3 μm, die miteinander verknüpft sind und mit einem Kunstharz wie z. B. Polyurethan- Harz imprägniert sind, einschließen. Die Bündel werden anschließend aufgebrochen, so dass sie Längen von weniger als 30 mm aufweisen, und werden schließlich im Gemisch wahllos angeordnet.Of the Expression "bundle of Fibers "should be groups of fibers variable from 3,000 to 50,000 units and with diameters between 2 and 3 μm, which linked together are and with a synthetic resin such. B. polyurethane resin are impregnated, lock in. The bundles will be afterwards broken up, giving them lengths of less than 30 mm, and finally become in the Mixture arranged randomly.
Diese wahllos angeordneten Faserbündel sind gewöhnlich auf der Grundlage der Anzahl von Einheiten, die das Bündel bilden, definiert, wie z. B. 3K, 10K, 50K und dergleichen.These are randomly arranged fiber bundles usually based on the number of units that make up the bundle, defined, such. B. 3K, 10K, 50K and the like.
Es ist bekannt, keramische Verbundmaterialien in verschiedenen Anwendungen zu nutzen, die eine gute Schlagfestigkeit, Kompressionsfestigkeit und Beständigkeit gegen durch Reibung erzeugte Wärme erfordern, wobei diese Eigenschaften durch rein keramische Materialien aufgrund ihrer inhärenten Zerbrechlichkeit nicht sichergestellt werden können.It is known, ceramic composite materials in various applications to use that has good impact resistance, compression resistance and resistance against heat generated by friction require these properties by purely ceramic materials because of their inherent Fragility can not be ensured.
Genauer werden keramische Verbundmaterialien für Bremsanwendungen mittels der Wechselwirkung von Silicium mit einem Gemisch, das Bündeln von Karbonfasern und Zusatzstoffe enthält, bei einer Temperatur hergestellt, bei sich der das Silicium im geschmolzenen Zustand befindet.More accurate ceramic composite materials are used for brake applications the interaction of silicon with a mixture, the bundling of Contains carbon fibers and additives, produced at a temperature, at which the silicon is in the molten state.
Faserbündel, wie oben definiert, wurden während der Herstellung der obenerwähnten Materialien verwendet, da ein Verbundmaterial mit annehmbaren Kohäsionseigenschaften im Allgemeinen mit relativ geringen Produktionskosten erzeugt wird.Fiber bundles, like were defined above during the production of the above-mentioned Materials used as a composite material with acceptable cohesive properties generally produced with relatively low production costs.
Gemäß dem Stand der Technik können diese Verbundmaterialien auf folgende Weise hergestellt werden: Die Faserbündel werden mit einem Aggregatharz, Pechen und anderen Zusatzstoffen gemischt, wobei das Gemisch in einer Form platziert wird, in der es mittels Erwärmung und Ausübung von Druck geformt wird, um ein geformtes halbfertiges Produkt zu erzeugen.According to the state of technology these composite materials are prepared in the following way: The fiber bundles be with an aggregate resin, pitches and other additives mixed, wherein the mixture is placed in a mold in the it by means of warming and exercise from pressure to a molded semi-finished product produce.
Das halbfertige Produkt wird anschließend einem ersten Brennen in einem Ofen bei einer solchen Temperatur unterworfen, die eine Karburierung oder Pyrolyse des Kunstharzes herbeiführt.The semi-finished product is then a first burning in subjected to an oven at such a temperature, the carburization or Pyrolysis of the resin causes.
Als Ergebnis dieses Brennens nimmt das halbfertige Produkt aufgrund des Verlustes von flüchtigem Material bei den Karburierungs- oder Pyrolysetemperaturen einen Grad an Porosität an.When Result of this burning takes the semi-finished product due the loss of fleeting Material at carburizing or pyrolysis temperatures one Degree of porosity at.
Das gebrannte halbfertige Produkt wird anschließend einem zweiten Brennen bei Anwesenheit von Silicium bei einer solchen Temperatur unterworfen, die ein Schmelzen des Siliciums und ein Infiltrieren desselben in die Poren des halbfertigen Produkts herbeiführt.The burned semi-finished product is then a second burning in the presence of silicon at such a temperature, the one melting the silicon and infiltrating it in causes the pores of the semi-finished product.
Die Infiltration des Siliciums erhöht die Kohäsion der Bündel von Kohlenstofffasern, wobei gleichzeitig das geschmolzene Silicium teilweise mit dem Kohlenstoff des halbfertigen Produkts unter den Bedingungen des zweiten Brennens reagiert, wodurch Siliciumkarbide gebildet werden, die eine Verbesserung der Kohäsionseigenschaften des Materials bewirken.The Infiltration of silicon increased the cohesion the bundle of carbon fibers, wherein at the same time the molten silicon partly with the carbon of the semi-finished product among the Conditions of the second firing reacts, reducing silicon carbides formed, which improves the cohesive properties of the material cause.
Das mit dem obenbeschriebenen Verfahren hergestellte Verbundmaterial wird häufig bei der Herstellung von Bremsen- und Kupplungselementen für Fahrzeuge verwendet, insbesondere für Scheibenbremsen, aufgrund seiner guten Eigenschaften der Kompressionsfestigkeit und Beständigkeit gegen durch Reibung erzeugte Wärme und gegen Abnutzung.The composite material produced by the above-described method becomes common in the manufacture of brake and clutch elements for vehicles used, in particular for Disc brakes, due to its good compression strength properties and durability against heat generated by friction and against wear.
Trotz der obenerwähnten guten Eigenschaften weisen die aus diesem Verbundmaterial gefertigten Scheibenbremsenscheiben den schwerwiegenden Nachteil auf, dass irgendwelche Risse oder Brüche, die sich in diesen infolge thermischer und/oder kompressionsbedingter Beanspruchungen bilden können, dazu tendieren, sich schnell durch die Struktur dieses Materials auszubreiten, was dessen vollständigen Aufschluss herbeiführt.Despite the above-mentioned good properties, the disc brake discs made of this composite have the serious drawback that any cracks or fractures formed therein due to thermal and / or compression stresses can tend to spread quickly through the structure of this material, causing it to completely digest.
Die Verwendung der bekannten Scheiben für Fahrzeug-Scheibenbremsen führt daher klar zu erheblichen Gefahren für die Sicherheit der Benutzer.The Use of the known discs for vehicle disc brakes leads therefore clearly to considerable dangers for the safety of users.
Das Problem, auf dem die vorliegende Erfindung beruht, ist das des Vorschlagens einer Scheibenbremsenscheibe, die strukturelle und funktionale Eigenschaften aufweist, so dass die mit Bezug auf den Stand der Technik erwähnten Nachteile beseitigt werden.The Problem on which the present invention is based is that of proposing a disc brake disc, the structural and functional characteristics so that the disadvantages mentioned with reference to the prior art be eliminated.
Dieses Problem wird gelöst durch eine Scheibenbremsenscheibe, die ein Bremsband für die Kooperation mit Bremszangen, um eine Bremswirkung auf ein Fahrzeug auszuüben, umfasst, wobei das Bremsband einen geformten Körper umfasst, der sich um eine Symmetrieachse erstreckt und seitlich durch Bremsflächen definiert ist, wobei der Körper aus einem Verbundmaterial gefertigt ist, das hergestellt werden kann durch Veranlassen eines Gemisches, das Bündel von Fasern umfasst, die im Wesentlichen von Kohlenstoff gebildet werden und wahllos angeordnet sind und Abmessungen von nicht mehr als 30 mm aufweisen, mit Silicium bei einer Temperatur zu wechselwirken, die hoch genug ist, um ein Schmelzen des Siliciums herbeizuführen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Verstärkungsfasern in den geformten Körper eingebracht sind und sich um die Form des Körpers in einer Weise erstrecken, so dass die Ausbreitung von Rissen verhindert wird.This Problem is solved through a disc brake disc, which is a brake band for cooperation with brake calipers in order to exert a braking effect on a vehicle, wherein the brake band comprises a molded body that extends around one Symmetryeachse extends and laterally defined by braking surfaces is, the body being out made of a composite material that can be manufactured by causing a mixture comprising bundles of fibers which essentially formed of carbon and arranged indiscriminately are and have dimensions of not more than 30 mm, with silicon to interact at a temperature high enough to one Melting of the silicon, characterized that a plurality of reinforcing fibers in the molded body are introduced and extend around the shape of the body in a manner so that the spread of cracks is prevented.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der überraschenden Entdeckung, dass das Einbringen von Verstärkungsfasern in ein Gemisch, das Bündel von wahllos angeordneten Fasern innerhalb des Körpers der Scheibenbremsenscheibe umfasst, eine Scheibe eines Verbundmaterials mit einem geformten Körper erzeugt, das gute Kohäsionseigenschaften aufweist, wobei gleichzeitig die Ausbreitung von Rissen durch die gesamte Form bei Gebrauch der Scheibe verhindern kann.The The present invention is based on the surprising discovery that the introduction of reinforcing fibers into a mixture, the bunch of randomly arranged fibers within the body of the disc brake disc comprises a disc of composite material having a shaped one body produces good cohesive properties at the same time as the propagation of cracks by the can prevent entire shape when using the disc.
Die Verstärkungsfasern erstrecken sich in der Scheibenstruktur des Verbundmaterials gemäß der Erfindung vorzugsweise um deren gesamte Form.The reinforcing fibers extend in the pane structure of the composite material according to the invention preferably around their entire shape.
Alternativ können die Verstärkungsfasern nur in bestimmten Bereichen der Scheibe vorgesehen sein, z. B. in den Bereichen, in denen Risse entstehen, sowie in Bereichen, die durch Rissausbreitungsbahnen beeinflusst werden, wobei diese Bereiche auf der Grundlage von Strukturberechnungen leicht identifizierbar sind.alternative can the reinforcing fibers only be provided in certain areas of the disc, z. Tie Areas where cracks occur, as well as in areas caused by Crack propagation paths are affected, these areas easily identifiable on the basis of structural calculations are.
Zum Beispiel wird im Fall einer axialsymmetrischen Struktur, wie z. B. einer Scheibenbremsenscheibe, aus Strukturberechnungen deutlich, dass die Rissausbreitungsbahnen mit größter Wahrscheinlichkeit radial relativ zum Körper angeordnet sind und sich vom Inneren der Scheibe in Richtung zum Äußeren ausbreiten, bis zu einem Ausmaß, das ein Explodieren der Scheibe bewirkt.To the Example is in the case of an axisymmetric structure, such as. B. a disc brake disc, from structural calculations clearly that the crack propagation paths are most likely radial relative to the body are arranged and spread from the interior of the disc towards the exterior, to an extent which causes the disc to explode.
In einer Scheibenbremsenscheibe wird die Ausbreitung von Rissen daher verhindert, indem die Verstärkungsfasern z. B. um ringförmige Abschnitte der Scheibe mit zunehmender Abmessung angeordnet werden.In a disk brake disk is therefore the propagation of cracks prevented by the reinforcing fibers z. B. annular Sections of the disc are arranged with increasing dimension.
Es ist wichtig, dass die Verstärkungsfasern zufriedenstellende Kohäsionseigenschaften zu anderen Komponenten des Verbundmaterials aufweisen, das die Scheibe bildet, um zu verhindern, dass die gesamte Struktur im Gebrauch aufgeschlossen wird, auch bei Abwesenheit von Rissen oder Brüchen.It It is important that the reinforcing fibers be satisfactory cohesive properties to other components of the composite material that the disc forms to prevent the entire structure in use is unlocked, even in the absence of cracks or fractures.
Außerdem sollten die Verstärkungsfasern bezüglich der Komponenten des Verbundmaterials im Wesentlichen inert sein, und sollten eine angemessene Fähigkeit aufweisen, den Temperaturen der Pyrolyse und der Infiltration des Siliciums zu widerstehen, um ihre Zersetzung während der Herstellung des die Scheibe bildenden Materials zu vermeiden.In addition, should the reinforcing fibers with respect to Components of the composite material to be substantially inert, and should have a reasonable ability have the temperatures of pyrolysis and infiltration of the Siliciums resist their decomposition during the manufacture of the Avoid disc-forming material.
Zu diesem Zweck wird das Material der Verstärkungsfasern vorzugsweise aus Kohlenstofffasern gebildet. Es ist jedoch möglich, andere Materialien zu verwenden, wie z. B. SiC, Si3N4 und TiC, sowie Metalle, wie z. B. Platin, die den Temperaturen der Wechselwirkung mit Silicium widerstehen können.For this purpose, the material of the reinforcing fibers is preferably formed from carbon fibers. However, it is possible to use other materials, such as. As SiC, Si 3 N 4 and TiC, and metals such. Platinum, which can withstand the temperatures of interaction with silicon.
Die Verstärkungsfasern können auf verschiedene Weise im Material eingebracht sein. Zum Beispiel können die Verstärkungsfasern in mehreren Bündeln angeordnet sein, die in vordefinierten Richtungen angeordnet sind.The reinforcing fibers can be introduced in different ways in the material. For example can the reinforcing fibers in several bundles be arranged, which are arranged in predefined directions.
Diese Richtungen können z. B. Kett- und Schuss-Richtungen sein, wobei die Bündel ein Gewebe bilden.These Directions can z. B. warp and weft directions, wherein the bundles a Forming tissue.
Alternativ können die Verstärkungsfasern einen nicht-gewebten Stoff bilden, wie z. B. einen Filz.alternative can the reinforcing fibers form a non-woven fabric, such. B. a felt.
Die Verstärkungsfasern können auch ein oder mehrere Schichten innerhalb des Körpers der Scheibe bilden.The reinforcing fibers can also form one or more layers within the body of the disk.
Die Mengen der Komponenten, die im Verbundmaterial enthalten sind, das die Form einer Scheibe aufweist, können als Volumenprozentsätze bezüglich des Volumens des Materials wie folgt variieren:
- – Bündel von Fasern 40–70%, vorzugsweise 50–60%,
- – Bindemittel 5–30%, vorzugsweise 15–25%,
- – Zusatzstoffe 0,5–20%, vorzugsweise 1–15%,
- – Verstärkungsfasern 4–30%, vorzugsweise 10–20%.
- - Bundles of fibers 40-70%, preferably 50-60%,
- Binder 5-30%, preferably 15-25%,
- Additives 0.5-20%, preferably 1-15%,
- - Reinforcing fibers 4-30%, preferably 10-20%.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Scheibenbremsenscheibe gemäß der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen, die mittels eines nicht einschränkenden Beispiels gegeben wird, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen deutlich, in welchen:Further Features and advantages of the disc brake disc according to the invention will be understood from the following description of their preferred embodiments, by means of a non-limiting Example, with reference to the accompanying drawings, in which:
Wie
aus
- a) Mischen einer vorgegebenen Menge von Faserbündeln, die im Wesentlichen von Kohlenstoff gebildet werden und Längen von nicht mehr als 30 mm aufweisen, mit einer vorgegebenen Menge eines organischen Bindemittels, um ein Gemisch zu erhalten,
- b) Platzieren des Gemisches in einer Form mit geeigneter Gestalt und gleichzeitiges Einbringen einer Mehrzahl von Verstärkungsfasern in das Gemisch, die sich um die Form erstrecken, derart, dass sie die Ausbreitung von Rissen verhindern,
- c) Formen des Gemisches, das die Verstärkungsfasern enthält, um ein halbfertiges Produkt herzustellen,
- d) Unterwerfen des halbfertigen Produkts einem ersten Brennen bei einer Temperatur, bei der im Wesentlichen eine Karburierung oder Pyrolyse des organischen Bindemittels herbeigeführt wird,
- e) Unterwerfen des gebrannten halbfertigen Produkts einem zweiten Brennen unter Anwesenheit von Silicium bei einer Temperatur, bei der im Wesentlichen ein Schmelzen des Siliciums und ein Infiltrieren desselben in das Halbleiterprodukt herbeigeführt wird, um das geformte Verbundmaterial herzustellen.
- a) blending a predetermined amount of fiber bundles formed substantially of carbon and having lengths of not more than 30 mm with a predetermined amount of an organic binder to obtain a mixture,
- b) placing the mixture in a mold of suitable shape and simultaneously introducing a plurality of reinforcing fibers into the mixture extending around the mold so as to prevent the propagation of cracks,
- c) shaping the mixture containing the reinforcing fibers to produce a semi-finished product,
- d) subjecting the semi-finished product to a first firing at a temperature substantially causing carburization or pyrolysis of the organic binder,
- e) subjecting the fired semi-finished product to a second baking in the presence of silicon at a temperature substantially causing melting of the silicon and infiltrating it into the semiconductor product to produce the shaped composite material.
Im obenbeschriebenen Verfahren können die Faserbündel Durchmesser von 0,1 bis 2 mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,5 mm, aufweisen.in the The above-described methods can be fiber bundles Diameter of 0.1 to 2 mm, preferably 0.3 to 0.5 mm.
Die Menge der im Gemisch enthaltenen Faserbündel kann von 5 Vol.-% bis 80 Vol.-% bezüglich des Volumens des Gemisches variieren, und liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 60% bis 70%.The Amount of fiber bundles contained in the mixture can be from 5 vol .-% to 80% by volume with respect to Volumes of the mixture vary, and is preferably within the range of 60% to 70%.
Die Faserbündel und/oder die Verstärkungsfasern können im Voraus mit einem schützenden Kunstharz beschichtet werden, vorzugsweise Polyurethan-Harz, bevor sie entsprechend dem obenbeschriebenen Verfahren verwendet werden.The fiber bundles and / or the reinforcing fibers can in advance with a protective resin be coated, preferably polyurethane resin, before it accordingly the above-described method can be used.
Alternativ können die Faserbündel und die Verstärkungsfasern im Voraus mit dem gleichen organischen Bindemittel beschichtet werden, das zum Herstellen des Gemisches verwendet wird.alternative can the fiber bundles and the reinforcing fibers be coated in advance with the same organic binder, which is used to prepare the mixture.
Eine größere Kohäsion des Materials und ein kompakteres Produkt können somit erhalten werden.A greater cohesion of the Materials and a more compact product can thus be obtained.
Während des ersten Brennens des halbfertigen Produkts karburieren das Harz und das organische Bindemittel, wobei eine Schutzschicht auf den Faserbündeln und auf den Verstärkungsfasern erzeugt wird, die diese vor einem Aufschluss oder sogar Auflösung während der nachfolgenden Behandlung mit Silicium bewahren.During the first burning the semi-finished product carburate the resin and the organic binder, wherein a protective layer on the fiber bundles and on the reinforcing fibers is generated, this before a digestion or even dissolution during the Preserve subsequent treatment with silicon.
Die Faserbündel und die Verstärkungsfasern können somit über den Prozess hinweg ihre ursprüngliche Form behalten, so dass ein Material mit guten der Kohäsions- und Festigkeitseigenschaften erzeugt wird.The fiber bundles and the reinforcing fibers can thus over the Process away its original Keep shape so that a material with good cohesion and Strength properties is generated.
Das organische Bindemittel ist ein herkömmliches Bindemittel, das ausgewählt werden kann aus der Gruppe, die Phenol- und Acrylharze, Paraffin, Peche, Polystyrole und dergleichen umfasst.The Organic binders is a conventional binder that will be selected can be selected from the group consisting of phenolic and acrylic resins, paraffin, pitches, Polystyrenes and the like.
Das Bindemittel wird vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, die Peche und Phenolharze umfasst.The Binder is preferably selected from the group, the pitches and phenolic resins.
Das Bindemittel kann dem Gemisch in einer beliebigen gewünschten Form zugegeben werden, z. B. in festem, halbflüssigem oder flüssigem Zustand, oder in Lösung.The Binder may be added to the mixture in any desired Form are added, for. B. in solid, semi-liquid or liquid state, or in solution.
Das Phenolharz kann z. B. in Form von Pellets, Pulver oder Granulaten zugegeben werden.The Phenolic resin may, for. In the form of pellets, powders or granules be added.
Die Menge des organischen Bindemittels im Gemisch kann von 5 Vol.-% bis 30 Vol.-% bezüglich des Volumens des Gemisches variieren, und liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 20 bis 26%.The Amount of organic binder in the mixture may be from 5% by volume to 30% by volume with respect to Volumes of the mixture vary, and is preferably within the range of 20 to 26%.
Das Gemisch kann ferner andere herkömmliche Zusatzstoffe enthalten, die als Füllstoffe und, indirekt, zum Regulieren der Porosität und der Dichte des gewünschten Verbundmaterials verwendet werden.The Mixture may also be other conventional Contain additives as fillers and, indirectly, for Regulate the porosity and the density of the desired Composite material can be used.
Diese Zusatzstoffe werden aus Partikeln anorganischer Materialien gebildet, wie z. B. vorzugsweise Graphit, Siliciumcarbid oder Metallcarbiden oder -nitriden in Pulverform.These Additives are formed from particles of inorganic materials, such as B. preferably graphite, silicon carbide or metal carbides or -nitrides in powder form.
Die Menge der Zusatzstoffe kann von 0,7 Vol.-% bis 23 Vol.-% bezüglich des Volumens des Gemisches variieren, und liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 9% bis 15%.The Amount of additives can be from 0.7 vol.% To 23 vol.% Relative to the Volumes of the mixture vary, and is preferably within the range of 9% to 15%.
Das Mischen kann in herkömmlicher Weise und mit einer herkömmlichen Vorrichtung durchgeführt werden, wobei die Faserbündel in verschiedenen Richtungen wahllos angeordnet werden.The Mixing can be done in conventional Way and with a conventional one Device performed be, with the fiber bundles be randomly arranged in different directions.
Die Verstärkungsfasern können auf verschiedene Weise in das Gemisch eingebracht werden.The reinforcing fibers can be introduced into the mixture in various ways.
Gemäß einer bevorzugten Art der Implementierung des Fahrens wird das Einbringen mit den Schritten durchgeführt:
- i) Anordnen einer ersten Schicht des Gemisches um die Gestalt der Form,
- ii) Zufügen einer Mehrzahl von Verstärkungsfasern auf die erste Lage des Gemisches, die sich um die Gestalt in einer Weise erstrecken, so dass sie die Ausbreitung von Rissen verhindern,
- iii) Anordnen einer zweiten Schicht des Gemisches auf der ersten Schicht, um somit die Mehrzahl von Verstärkungsfasern vollständig abzudecken.
- i) arranging a first layer of the mixture around the shape of the mold,
- ii) adding a plurality of reinforcing fibers to the first layer of the mixture which extend around the shape in a manner to prevent the propagation of cracks,
- iii) placing a second layer of the mixture on the first layer so as to completely cover the plurality of reinforcing fibers.
Die Verstärkungsfasern können zum Gemisch in Form einer Mehrzahl von Bündeln zugegeben werden, die in vordefinierten Richtungen angeordnet sind.The reinforcing fibers can are added to the mixture in the form of a plurality of bundles, the are arranged in predefined directions.
Diese vordefinierten Richtungen können Kett- und Schussrichtungen sein, so dass die Bündel ein Gewebe bilden. Alternativ sind mehrere Bündel von Verstärkungsfasern kombiniert oder miteinander verdrillt, um einen einzelnen Kett- oder Schussfaden für die Ausbildung des Gewebes zu bilden.These predefined directions can be warp and weft directions so that the bundles form a fabric. alternative are several bundles of reinforcing fibers combined or twisted together to form a single warp or weft for to form the formation of the tissue.
Das Gewebe kann 2 bis 30 Verstärkungsfasern pro cm enthalten, vorzugsweise 5–8 Fasern/cm.The Fabric can be 2 to 30 reinforcing fibers per cm, preferably 5-8 fibers / cm.
Alternativ können die Verstärkungsfasern einen nicht-gewebten Stoff bilden, wie z. B. einen Filz.alternative can the reinforcing fibers form a non-woven fabric, such. B. a felt.
Die Menge an Verstärkungsfasern, die in das Gemisch eingebracht wird, hängt von dem erforderlichen Verstärkungsfasergehalt des endgültigen Verbundmaterials ab, wobei dieser Gehalt innerhalb des Bereiches von 4–30 Vol.-% bezüglich des Volumens des Materials liegt, vorzugsweise bei 10–20%.The Amount of reinforcing fibers, which is introduced into the mixture depends on the required Reinforcing fiber content of the final Composite, this content within the range from 4-30 Vol .-% with respect the volume of the material is preferably 10-20%.
Die obenbeschriebenen Schichtungsschritte können selbstverständlich mit einer vorgegebenen Häufigkeit wiederholt werden, um somit ein mehrschichtiges Verbundmaterial herzustellen, in welchem jede Schicht von Verstärkungsfasern zwischen zwei Schichten des Gemisches, das Faserbündel umfasst, eingebettet ist.The Of course, the above-described stratification steps can with a given frequency be repeated, thus a multilayer composite material in which each layer of reinforcing fibers is between two Layers of the mixture comprising fiber bundle is embedded.
Während des Formungsschritts des Verfahrens der Erfindung wird das Gemisch, das die Verstärkungsfasern enthält, in der Form auf eine Temperatur von 80°C bis 180°C, vorzugsweise auf 100–120°C, erwärmt, wobei darauf ein Druck zwischen 0,1 N/cm2 und 5 N/cm2, vorzugsweise 0,5–1 N/cm2, ausgeübt wird.During the molding step of the process of the invention, the mixture containing the reinforcing fibers is heated in the mold to a temperature of from 80 ° C to 180 ° C, preferably to 100-120 ° C, with a pressure of between 0.1 N / cm 2 and 5 N / cm 2 , preferably 0.5-1 N / cm 2 .
Das geformte und verdichtete halbfertige Produkt, das so erhalten wird, wird aus der Form entnommen und anschließend einem ersten Brennen unterworfen, um somit das organische Bindemittel zu karburieren (Schritt d, Pyrolyse).The molded and compacted semi-finished product which is thus obtained is removed from the mold and then subjected to a first firing, thus to carburize the organic binder (step d, pyrolysis).
Dieses Brennen wird in einem herkömmlichen Ofen bei einer Temperatur durchgeführt, die im Wesentlichen vom Typ des verwendeten Bindemittels abhängt, und im Allgemeinen innerhalb des Bereiches von 900–1200°C liegt.This Burning is in a conventional Furnace is carried out at a temperature substantially from Type of binder used, and generally within of the range of 900-1200 ° C.
Das Brennen wird bei Anwesenheit eines Schutzgasstroms, wie z. B. Stickstoff oder Argon, und mit einem Überdruck von 10–100 mbar, vorzugsweise 20–30 mbar, durchgeführt.The Burning is in the presence of a protective gas stream, such. Nitrogen or argon, and with an overpressure from 10-100 mbar, preferably 20-30 mbar, performed.
Der Strom beseitigt ferner vorzugsweise die Gase, die durch die Pyrolyse des organischen Bindemittels freigesetzt werden.Of the Stream also preferably eliminates the gases passing through the pyrolysis of the organic binder are released.
Während dieses Schritts des Verfahrens erlangt das halbfertige Produkt eine größere Porosität, was beim Nachfolgenden Brennen wichtig ist, da es dem geschmolzenen Silicium erlaubt, hier zu infiltrieren.During this Step of the process, the semi-finished product obtained a greater porosity, which in the Subsequent burning is important as it is the molten silicon allowed to infiltrate here.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner einen Schritt zum Bearbeiten des Rohmaterials oder Nachbearbeiten der Oberfläche des halbfertigen Produkts, das mittels des ersten Brennens des Schritts d) erzeugt worden ist, umfassen.According to one embodiment For example, the method may further include a step of processing the raw material or rework the surface of the half-finished product, by means of the first burning of the step d) has been generated.
Dies ermöglicht, irgendwelche Oberflächenverformungen des halbfertigen Produkts mittels einer herkömmlichen Vorrichtung zu beseitigen, um ihm somit die gewünschte Form zu verleihen.This allows any surface deformations of the semi-finished product by means of a conventional device, to give him the desired To give shape.
Der Nachbearbeitungsschritt wird vorzugsweise trocken durchgeführt, z. B. mittels Diamanten, da das halbfertige Produkt, das nach dem ersten Brennen einen Grad an Porosität angenommen hat, flüssige Substanzen nachteilig absorbieren kann, wenn die Nachbearbeitung nass durchgeführt wird.Of the Post-processing step is preferably carried out dry, z. B. by means of diamonds, since the semi-finished product, after the first firing a degree of porosity has accepted, liquid Substances may adversely absorb substances when post-processing wet done becomes.
Das halbfertige Produkt, das gemäß dem Schritt d) gebrannt worden ist, wird einem zweiten Brennen bei Anwesenheit von Silicium unterworfen (Schritt e).The semi-finished product, according to the step d) is fired, a second burning in the presence subjected to silicon (step e).
Um das zweite Brennen durchzuführen, wird das halbfertige Produkt, das gebrannt und der möglichen Nachbearbeitung unterworfen worden ist, in die Kammer eines Behälters eingesetzt, der ein Volumen etwa gleich dem Doppelten des halbfertigen Produkts aufweist, wobei der zwischen dem halbfertigen Produkt und dem Behälter gebildete Raum mit Silicium gefüllt wird, das das halbfertige Produkt umgibt. Die Menge des verwendeten Siliciums entspricht derjenigen, die benötigt wird, um die Poren des halbfertigen Produkts zu füllen, oder etwas mehr.Around to perform the second burning, is the semi-finished product, the burned and the possible Has been subjected to post-processing, inserted into the chamber of a container, a volume approximately equal to twice the half-finished product which formed between the semi-finished product and the container Space filled with silicon which surrounds the semi-finished product. The amount of used Silicon corresponds to that needed to pores of the to fill half-finished product, or something more.
Reines Silicium oder eine Legierung aus Silicium und Aluminium oder Kupfer in Granulat- oder Pulverform wird verwendet, um den Raum aufzufüllen.pure Silicon or an alloy of silicon and aluminum or copper in granular or powder form is used to fill the room.
Die Kammer kann mit dem Äußeren über geeignete Löcher in Verbindung stehen, um die während des Brennens freigesetzten Gase abzuleiten.The Chamber can with the outside over suitable holes to be in contact with during the derived from burning gases released.
Nachdem das Silicium eingefüllt worden ist, wird der Behälter in einen geeigneten herkömmlichen Ofen eingesetzt, der auf eine Temperatur von 1400–1700°C aufgeheizt wird.After this filled in the silicon the container becomes in a suitable conventional oven used, which is heated to a temperature of 1400-1700 ° C.
Bei diesen Temperaturen schmilzt das Silicium und infiltriert die Poren des halbfertigen Produkts (Silikatisierung).at At these temperatures, the silicon melts and infiltrates the pores of the semi-finished product (silicate).
Das Brennen wird unter Teilvakuum bei einem reduzierten Druck von 900 mbar bis 300 mbar, vorzugsweise von 800 bis 500 mbar, durchgeführt.The Firing is carried out under partial vacuum at a reduced pressure of 900 mbar to 300 mbar, preferably from 800 to 500 mbar performed.
Bei Abschluss des Brennens wird das Verbundmaterial gekühlt, z. B. mit Argon oder vorzugsweise mit Stickstoff, so dass sich das restliche Silicium in kleinen Kugeln verfestigt, die leicht aus dem Behälter geborgen werden können.at Completion of firing, the composite material is cooled, z. B. with argon or preferably with nitrogen, so that the remaining silicon solidified in small spheres, which easily out the container can be recovered.
Die Scheibe aus dem Verbundmaterial gemäß der Erfindung, die somit hergestellt wird, kann möglicherweise Oberflächennachbearbeitungsoperationen unterworfen werden, die trocken oder nass in herkömmlicher Weise durchgeführt werden können.The Washer made of the composite material according to the invention, thus may be produced Surface finishing operations be subjected to dry or wet in conventional Manner performed can be.
Es ist klar, dass die Schritte, die das Brennen in einem Ofen umfassen, d. h. die Pyrolyse- und Silikatisierungsschritte, in einem einzigen Ofen stattfinden können, was die Fertigungszeiten und die Komplexität der Vorrichtung reduziert.It it is clear that the steps involved in firing in an oven d. H. the pyrolysis and silicatation steps, in a single Oven can take place which reduces the manufacturing time and complexity of the device.
Das
obenbeschriebene Material kann direkt als eine Scheibenbremsenscheibe
Alternativ
wird das Verbundmaterial als Bremsring oder Band
Das
Bremsband
Wie
oben beschrieben ist, umfasst der Körper
Die
obenbeschriebenen Verstärkungsfasern
Gemäß einer
Ausführungsform
weist das Netz
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird zum Verhindern der Ausbreitung von Rissen, im
Bremsband
Gemäß einer
Ausführungsform
ist die Verstärkungsstruktur
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
sind mehrere Verstärkungsstrukturen
Die Scheibe des Verbundmaterials gemäß der Erfindung zeichnet sich durch ihre optimalen Reibungseigenschaften, ihre Härte, ihre Biegefestigkeit, ihre Beständigkeit gegen Verschleiß und gegen durch Reibung erzeugte Wärme, ihre Stoßfestigkeit und ihre Kompressionsfestigkeit aus, die sie für die Verwendung in Bremsanwendungen besonders geeignet macht.The Slice of the composite material according to the invention is characterized by its optimal friction properties, its hardness, its Flexural strength, its durability against wear and tear against heat generated by friction, their impact resistance and Their compression strength makes them suitable for use in braking applications makes it particularly suitable.
Der Hauptvorteil der Scheibe des Verbundmaterials gemäß der Erfindung liegt jedoch in der Tatsache, dass sie im Gebrauch sehr sicher ist, da irgendwelche Risse oder Brüche, die in der Scheibe während des Gebrauchs entstehen, nicht zum vollständigen Aufschluss der Struktur führen, da ihre Ausbreitung durch die Verstärkungsfasern, die im Material eingebettet sind, verhindert wird.Of the Main advantage of the disc of the composite material according to the invention lies in the fact that it is very safe in use, because there are any cracks or breaks, while in the disk of use, not to complete digestion of the structure to lead, because of their propagation through the reinforcing fibers, which in the material embedded are prevented.
Ein weiterer Vorteil der Scheibe des Verbundmaterials gemäß der Erfindung ist, dass sie auch leicht und wirtschaftlich hergestellt werden kann, ohne dass wesentliche zusätzliche Kosten oder eine besondere Werkzeugbereitstellung erforderlich sind.One Another advantage of the disc of the composite material according to the invention is that it can also be made easily and economically, without any significant additional Cost or special tooling are required.
Tatsächlich ist zu beachten, dass die Scheibe des Verbundmaterials gemäß der Erfindung mittels herkömmlicher Techniken hergestellt werden kann, die auf die Herstellung des entsprechenden bekannten Verbundmaterials angewendet werden.Actually Note that the disc of the composite material according to the invention by means of conventional Techniques can be made which are based on the production of the corresponding known composite material can be applied.
Es ist klar, dass Varianten und/oder Ergänzungen zu den obenbeschriebenen und dargestellten Ausführungsformen vorgesehen werden können.It it is clear that variants and / or additions to those described above and illustrated embodiments can be provided.
Als
eine Alternative zu der in
Gemäß einer
Ausführungsform
sind die Bündel
von Verstärkungsfasern
Als
eine Alternative zu der in den
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist die Verstärkungsstruktur
Als eine Alternative zu der dreidimensionalen Verstärkungsstruktur ist es möglich, im Körper der Scheibe eine Mehrzahl von Verstärkungsfasern oder von Bündeln von Verstärkungsfasern, die einander zugeordnet sind, um einen nicht-gewebten Stoff zu bilden, der sich über das gesamte Ausmaß des Körpers erstreckt, einzubringen, so dass sie kreuzweise angeordnet sind, oder, mit anderen Worten, dass sie mögliche Rissausbildungsbahnen blockieren.As an alternative to the three-dimensional reinforcing structure, it is possible to have a plurality of reinforcing fibers in the body of the disk or bundles of reinforcing fibers associated with each other around a non-woven fabric form so that they are arranged crosswise, or, in other words, that they block possible crack formation paths.
Um ein Kontingent und spezifische Anforderungen zu erfüllen, kann ein Fachmann an den obenbeschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Scheibenbremsenscheibe viele Modifikationen, Anpassungen und Ersetzungen von Elementen durch andere funktional äquivalente Elemente vornehmen, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.Around a quota and specific requirements can be met a person skilled in the above-described preferred embodiments the disc brake disc many modifications, adjustments and Substitutions of elements by other functionally equivalent ones To make elements without departing from the scope of the appended claims.
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